Question

13．四种短周期元素A、B、C、D的原子序数依次递增．其中A、B、C二种元素基态原子的2p能级上都有未成对电子．且未成对电子个数分别是2、3、2；D与C 可以形成D₂C和D₂C₂两种化合物．回答下列问题：
（1）已知A元素与氢元素形成的某种气态化合物在标准状况下的密度为1.161g•L^-1，则在该化合物的分子中A原子的杂化方式为sp．
（2）A、B、C二种元素的第一电离能由小到大的顺序为C＜O＜N（填元素符号）．
（3）+1价气态基态阳离子再欠去一个电子形成+2价气态基态阳离子所需要的能量称为第二电离能I₂，依次还有I₃、I₄、I₅…，推测D元素的电离能第一次突增应出现在第二电离能．
（4）AC₂在高温高压下所形成的晶体其晶胞如图1所示．该晶体的类型属于原子晶体．该品体中A原子轨道的杂化类型为sp³．
（5）A和C形成原子个数比为1：3的常见离子．推测这种微粒的空间构型为平面三角形．
（6）C和D形成的一种离子化合物D₂C的品胞结构如图2所示．该晶体中阳离子的配位数为4．距一个阴离子周围最近的所有阳离子为顶点构成的几何体为立方体．已知该晶胞的密度为ρg•cm^-3，阿伏加德罗常数为N_A．则晶胞边长a=$\root{3}{\frac{248}{ρ•{N}_{A}}}$cm（用含ρ、N_A的代数式表示）．

Answer 1

分析 四种短周期元素A、B、C、D的原子序数依次递增．其中A、B、C二种元素基态原子的2p能级上都有未成对电子，核外电子排布式分别为1s²2s²2p²、1s²2s²2p³、1s²2s²2p⁴，则A为碳、B为N、C为O；D与C可以形成D₂C和D₂C₂两种化合物，则D为Na，
（1）碳元素与氢元素形成的某种气态化合物在标准状况下的密度为1.161g•L^-1，则该化合物的相对分子质量=1.161×22.4=26，应是C₂H₂，根据C原子形成的σ键及孤对电子判断杂化方式；
（2）同周期随原子序数增大第一电离能呈增大趋势，但N元素原子2p能级容纳3个电子，处于半满稳定状态，能量较低；
（3）不同能层能量形成较大，故失去不同能层的电子时，电离能发生突增；
（4）由晶胞图可知晶胞中每个C形成4个C-O键，每个O形成2个O-C键，形成空间的立体网状结构，该晶体的类型属于原子晶体，根据C原子形成的σ键及孤对电子判断杂化方式；
（5）A和C形成原子个数比为1：3的常见离子为CO₃^2-，计算C原子价层电子对数与孤电子对，确定其空间构型；
（6）由Na₂O晶胞结构结构可知，晶胞中黑色球数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，白色球数目=8，故白色球为Na⁺离子、黑色球为O^2-，根据白色球周围的黑色球数目判断Na⁺离子的配位数；
以晶胞中上面心O^2-离子为研究对象，距一个O^2-周围最近的Na⁺离子有8个，位于晶胞中上层4个Na⁺及上面晶胞中的下层4个Na⁺，8个Na⁺离子构成的几何体中每个都是正方形，形成立方体结构；
计算晶胞的质量，棱长=$\root{3}{\frac{晶胞质量}{晶胞密度}}$．

解答 解：（1）碳元素与氢元素形成的某种气态化合物在标准状况下的密度为1.161g•L^-1，则该化合物的相对分子质量=1.161×22.4=26，应是C₂H₂，分子中C原子没有孤对电子、形成2个σ键，采取sp杂化，
故答案为：sp；
（2）同周期随原子序数增大第一电离能呈增大趋势，但N元素原子2p能级容纳3个电子，处于半满稳定状态，能量较低，第一电离能高于同周期相邻元素，故第一电离能C＜O＜N，
故答案为：C＜O＜N；
（3）D为Na元素，第三能层只有3s¹，第3能层与第2能层能量相差较大，故失去第2能层时电子需要能量突增，即电离能第一次突增应出现在第二电离能，
故答案为：二；
（4）由CO₂在高温高压下所形成的晶体晶胞图，可知晶胞中每个C形成4个C-O键，每个O形成2个O-C键，形成空间的立体网状结构，该晶体的类型属于原子晶体，该晶体中C原子形成4个σ键，没有孤对电子，C原子采取sp³杂化，
故答案为：原子；sp³；
（5）C和C形成原子个数比为1：3的常见离子为CO₃^2-，离子中C原子孤电子对数=$\frac{4+2-2×3}{2}$=0、价层电子对数=3+0=3，故这种微粒的空间构型为平面三角形，
故答案为：平面三角形；
（6）由Na₂O晶胞结构结构可知，晶胞中黑色球数目=8×$\frac{1}{8}$+6×$\frac{1}{2}$=4，白色球数目=8，故白色球为Na⁺离子、黑色球为O^2-，该晶体中Na⁺离子周围有4个O^2-，故Na⁺离子的配位数为4；
以晶胞中上面心O^2-离子为研究对象，距一个O^2-周围最近的Na⁺离子有8个，位于晶胞中上层4个Na⁺及上面晶胞中的下层4个Na⁺，8个Na⁺离子构成的几何体中每个都是正方形，形成立方体结构；该晶胞质量=4×$\frac{62}{N{\;}_{A}}$g，该晶胞的密度为ρ g•cm^-3，
则晶胞边长a=$\root{3}{\frac{\frac{4×62}{{N}_{A}}}{ρ}}$cm=$\root{3}{\frac{248}{ρ•{N}_{A}}}$cm，
故答案为：4；立方体；$\root{3}{\frac{248}{ρ•{N}_{A}}}$．

点评 本题考查物质结构与性质，涉及核外电子排布、电离能、分子结构与杂化轨道、晶胞结构与计算，晶胞结构对学生的空间想象有一定的要求，注意利用均摊法进行计算，难度中等．